世界当代科技史-第8章
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立学科。60年代以来，人们应用海底探测新技术，开展大规模的国际性联合
大洋综合调查和勘探，获得了许多新资料，并发现了遍及各大洋的洋中脊、
洋底磁异常条带、地幔对流和海底沉积物厚度变化的规律。1968年到 1977
年，美国的“格·挑战者”号钻探船航行25万海里，遍及世界各大洋，在海
底钻探429处，总进尺达62。5万英尺，获取了大量的大洋底沉积层和玄武岩
样品，同时还进行了其他考察工作。大量海底考察资料表明，所有海洋盆地
岩石样品都不老于1。6亿年。离洋中脊越远，海底沉积层的地质年代就越老。
他们还发现，自白垩纪以来，南大西洋板块单侧扩张速度为 2厘米/年。这
些发现为海底扩张学说的提出提供了大量证据。
潜水调查在当代也有很大发展。1949年，瑞士人皮卡尔 （1884—1962）
研制成可以自行升降的深潜器。1960年，他的儿子J·皮卡尔与其他美国人
一起，乘坐“的里雅斯特”号深潜器下潜到上万米深的马里亚那海沟。1971
—1974年的“法美洋中脊潜水研究”规模宏大，取得了丰富成果，其中有大
洋裂谷的第一手资料。这些资料对板块边界扩张的研究起了重要的推动作
用。这次潜水研究的另一项重大成果是证实了火山活动把地球深处的新物质
沿着大裂谷的中线喷射出来。日本建造了以考察海底矿物资源和研究海洋生
物等为目的的6500米潜水船“深海6500”号及支援船“横须贺”号，1989
年4月开始试航。
在海洋调查和勘探过程中，人们发现了极其丰富的海洋矿产资源。1872
年，“挑战者”号首先在大洋中发现锰结核。它是一种含有20多种有用元素
的结核体。1974年，日本对冲绳以东海域和其他海域的调查发现，锰结核密
度为5—26公斤／平方米，平均粒径为2—4厘米。锰结核还以每年1000万
吨的速率在生长着。海底石油和天然气的开发近几十年也蓬勃发展。现在石
油、天然气的勘探和开采多在大陆架和浅水海域。1968年，美国的“格·挑
战者”号在墨西哥湾的3000米深的海域钻探，发现了含油沉积层，表明深海
区也可能有石油。1948年，瑞典在红海裂谷地区2000米深的深海中发现了
重金属软泥。它是一种富含铁、锰、金、银等多种金属的未固结的泥质沉积
物，其储量很可观。
4。板块构造理论的形成
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本世纪初，德国的魏格纳（1880—1930）提出了大陆漂移说。到30年代
末，这学说因缺乏有力的证据而沉寂下来。50年代，由于古地磁学及其他方
面研究的进展，以及用新探测技术作出的发现，大陆漂移说又神奇地复活了，
并逐步发展成新的理论——板块构造理论。
（1）海底扩张说的产生
50年代以来，英国的布莱克特 （1897—1974）和兰康（1922— ）对英
国、印度等地的古地磁场测量后发现，它们在地史时期所处的纬度与现在不
同。1957年，他们根据英国和欧洲的岩石标本测定的磁化方向以及北美的标
本测定的磁化方向，画出了两个地磁极移动的轨迹图，发现两个地磁移动的
轨迹很相似，却又不一致。但是，只要将北美大陆向东转30°，不仅两条轨
迹重合了，而且北美大陆和欧洲大陆也连接起来，其间的大西洋并不存在。
两大陆现在的分离状态是后来大陆发生大规模相对水平位移造成的。这一有
力的证据，使大陆漂移说开始复兴了。
除了古地磁学外，海洋地貌学、地震学、地热学及重力测量技术等都推
动了地学理论的发展。60年代初，美国的赫斯（1906—1969）和迪茨（1914
— ）几乎同时提出了海底扩张假说。它是建立在 1928年霍姆斯（1890—
1965）提出的地幔对流说的基础上，其事实根据有两个：①存在着环绕全球
的高热流的大洋中脊和断裂谷体系；②海底比大陆年轻得多。海底扩张说认
为：地幔中有对流存在；洋中脊是洋壳生成的地方；对流环驱使热的地幔物
质从洋中脊的断裂谷涌出，凝成新的海底，并由洋中脊同时向两侧对称扩张；
扩张引起两种变化，一种是扩张的洋底同时把两侧的大陆推开，大陆块固定
在相邻的海底上与海底一起向同一方向移动，新海底不断生长、扩张，另一
种是扩张的海底在海沟处钻入地幔深部，海底不断产生、扩张、潜没；大陆
地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧；由于洋壳不断更新，海底没有比白垩
纪更老的岩石；因此，海洋不是永恒不变的，大陆并非固定不动的。与魏格
纳大陆在地幔上独立地漂移的学说不同，海底扩张说认为新的海底是在海洋
中脊顶部形成，同其相邻的洋底一起被地幔对流体所带动而缓缓地前进。
1963年，英国的凡因（1939— ）和马修斯（1931— ）提出有关海底磁
异常条带的假说。几乎与此同时，加拿大的莫利和拉罗什耳也独立地提出相
同看法。1964年，美国的考克斯把古地磁倒转与同位素测年法相结合，完成
了地磁倒转年表，定量地论证了海底扩张说的正确性。
1965年，加拿大的威尔逊推测，横切大洋中脊的断裂带不是人们通常熟
悉的平移断层，而是一种特殊断层——转换断层。它是由于海底扩张致使沿
着断裂的水平位移转换了性质，故称转换断层。地震分析的结果恰好证明横
切大洋中脊的断裂是转换断层。所以转换断层的发现和验证，为海底扩张说
提供了直接证据。
1968年，美国的“格·挑战者”号深海钻探取得的资料表明，海底最老
的沉积物的年龄不超过1。6亿年，与地磁异常条带假说预测的完全一致；洋
底地壳的年龄以大洋中脊为对称轴，向远离洋中脊的两个方向有规律地增
加；洋底沉积层的厚度自中脊部向两侧也是逐渐增大的，一般由0增至1。3
公里左右。
上述这些发现都成为支持海底扩张说的证据。至此，海底扩张说被更多
的人接受了。
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（2）板块构造学说的建立
从转换断层和大陆边缘的完好拼接复原，可以自然地引申出板块的概
念。板块概念最早是威尔逊在关于转换断层的论文中提出来的。1968—1969
年间，美国的摩根、勒比雄和美国的麦肯齐、帕克等人在大陆漂移、地幔对
流和海底扩张等学说的基础上，对板块的概念和板块的运动进行探索，提出
了板块构造学说。板块是位于转流层上的刚性块体。它的运动方向与转换断
层平行。板块的边界处是构造运动最活跃之处。板块之间的相对运动是全球
构造运动的基本原因。板块有分离型、平错型和汇聚型3种边界。大洋中脊
轴部是分离边界，板块在此分离、扩张，相背运动。转换断层是平错边界，
两侧板块相互错动。海沟及年轻造山带是汇聚边界，两侧板块相对而行，在
俯冲带和地缝合线俯冲、缝合，形成海沟和褶皱山脉。勒比雄将整个地球岩
石圈划分为6大板块：欧亚板块、非洲板块、美洲板块、澳洲板块 （印度板
块）、南极洲板块和太平洋板块。板块构造学说引入球面几何学来描写板块
运动，从而能对地壳的总体运动进行定量的计算。这是地学的一大进步。
板块构造学说提出后，得到越来越多的验证。按照板块构造说，分离型
边界两侧的两个板块上的两点之间的距离在不断扩大，汇聚型边界两侧的两
个板块上的两点间的距离在不断缩小。从大地测量得到的资料表明，纽约到
伦敦的距离在增加，而公元7世纪以来中国西藏同印度之间的距离已经缩短
了60米。板块构造学说认为板块刚性强，所以地震应发生在板块的交界处。
从历史上看，地震分布情况与板块构造学说一致。另一个科学事实是，造山
运动也发生在板块的汇聚边界。1973—1979年，对中国青藏高原的大规模综
合考察证实青藏高原的形成是印度板块向北漂移并与欧亚板块碰撞的结果。
时至今日，印度板块仍以每年4。5厘米的速度向北移动，喜马拉雅山目前平
均以0。33—1。27厘米的速度在上升。根据板块构造学说，大洋在不断张开和
闭合。深海钻探等资料也证实了这一点。自联合古陆分离以来，古太平洋萎
缩为今天的太平洋，面积减少了三分之一左右。大西洋和印度洋是新生的大
洋，由于地幔对流撕裂了陆地和海底，才使这两大洋产生并不断张开。因此，
大西洋和印度洋将不断扩大，而太平洋将不断缩小。
大陆漂移理论以板块构造学说的建立取得了新的形式。威尔逊认为，板
块构造学说在地质学史上犹如哥白尼的太阳中心说，是 “地质学的一次革
命”。但板块构造学说还是一种假说，因为地幔对流到目前为止还没有得到
直接的验证。不过，大陆漂移、海底不断更新已成为无法否认的事实。板块
构造学说现已在探讨山脉和高原的成因、地震活动、矿带分布、古气候状况、
生物演化等各方面发挥了指导作用。
5。气象学与天气预报的进展
气象学是研究地球大气圈的科学，是地球科学的一个分支。当代气象学
以物理学为基础，以数学和电子计算机为定量工具。第二次世界大战后，大
量雷达改为民用，用于气象观测；微波技术也用于气象方面，无线电气象学
很快发展起来。50年代末空间科学技术的兴起，为气象学提供了新的有效观
察工具。自1945年初美国发射第一支气象火箭起，世界陆续建立了全球气象
火箭网。1960年，美国发射了第一颗气象卫星“泰罗斯1号”，开始了空间
观测全球大气的时代。卫星上的遥感仪器能观测到地球的每一地区，可以收
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集到海洋、两极、沙漠、山区、丛林、冰原、沼泽等不易观测地区的丰富气
象资料。目前全世界已发射了一百多颗气象卫星。中国也发射了自己的气象
卫星。卫星资料特别是云图已被气象业务部门普遍使用，成为天气预报和科
学研究的重要资料。
1967年，第五次世界气象大会正式通过决议成立世界天气监测网，1968
年开始执行。全球观测系统的地上观测由各国的部分台站网组成的全球台站
网来进行，卫星观测由各组各系列业务气象卫星组成。全球资料加工系统把
观测资料用最快速度加工成天气图和天气预报图，并把资料加工成气候资料
或历史资料存档。世界天气监测网的建立，提高了各国的天气预报能力。
数值预报是利用流体力学和热力学来预测大气的物理状况。早在20年
代，英国科学家就做过数值预报的尝试，但因计算过于复杂而无法实用。50
年代，电子计算机的应用使数值预报成为可能。1975年开展这项工作时，只
有20多个国家，两年后就增加到40多个。数值预报是气象学史上的一大进
步。从此，短期天气预报更加精确，中长期天气预报也逐步实现定量化。50
年代末，由于电子计算机和计算数学的发展，数值模拟在气象学中开始应用。
1956年，第一次用数值模拟北半球大气环流的发展获得成功。人们把数值模
拟作为研究大气运动的工具，从而使地球大气层可“缩小”在实验室进行实
验，以验证从观察中总结出来的概念、定理。
气象科学的另一个重大进展是用人工方法影响局部天气。1946年，美国
用云层中撒放干冰的方法促云变雨，第一次实现“人工降雨”。现在人们可
以改变云中微物理过程，以实现局部地区的人工降水、人工消雹、人工消雾、
人工消闪电，还可以降低台风中心的风速。随着新的巨大能源的开发利用，
将有多种影响天气的措施出现。小尺度天气的影响将逐步工程化，中尺度天
气的人工影响将成为主攻方向，气候控制亦将展开。
80年代以来，对厄尔尼诺现象的研究取得重大进展。厄尔尼诺现象是由
于赤道东太平洋冷水域中的秘鲁寒流水温异常升高，从而导致太平洋的热带
海洋和大气发生异常的现象。对厄尔尼诺现象的研究，从20年代起一直在进
行。1984年，美国的巴尼特报告了他对1950—1981年间收集的天气资料的
研究结果。他认为，当中太平洋上的东向信风减弱，使异常的暖表面海水流
向南美洲时，厄尔尼诺现象就开始了。他还发现，有一种缓慢运动的大尺度
海浪，在形成厄尔尼诺现象中起着较重要的作用。巴尼特的研究表明，厄尔
尼诺现象在产生前几个月就可预报出来。这对于防止和减轻厄尔尼诺现象的
危害有重要意义。
对臭氧层的研究，是80年代气象学中的一个新课题。1984年，科学家
发现南极上空的臭氧层破了个巨大的洞。1985年，美国卫星观测表明，这个
洞的面积相当于美国国土，象珠穆朗玛峰那样高。1986年，加拿大科学家发
现北极上空也有一个臭氧空洞。据美国航空航天局观测，横跨美国、加拿大、
日本、中国、原苏联、西欧等国的辽阔天空，臭氧已减少了3％。臭氧层的
破坏，致使大量紫外线直射地面，对人类生存危害极大。对于臭氧层破坏的
原因，许多科学家认为是氟利昂的大量使用造成的。另一些科学家不同意这
一观点，甚至对空洞照片持怀疑态度。目前对臭氧层破坏问题的争论还在继
续。
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四、数学和系统科学的发展
数学是人类智慧的花朵，是科学研究和工程技术的重要工具，也是光彩
夺目的科学艺术品。当代数学以惊人的速度发展，古老的数学学科如老树更
新，新的数学分支如雨后春笋。一方面，数学理论越来越严密深奥；另一面，
数学应用越来越广泛普及，对人类文明产生了巨大影响。
系统科学与数学相似，都属于横断学科。第二次世界大战以来，科学技
术出现了高度分化和高度综合的趋势。随着知识的迅猛增长和通信技术、自
动化技术的不断进步，信息论、控制论和系统论相继创立。60—70年代，以
耗散结构理论、协同学、超循环理论等为代表的非平衡自组织理论建立起来。
上述各学科形成了当代系统科学。它的发展，对当今社会进步产生了强大的
推动作用。
1。当代数学的重要进展
当代数学发展日新月异，成果难以胜数，其中最重要的是非标准分析、
突变理论和模糊数学的出现。此外，在解析数论、泛函分析、拓扑学及应用
数学等方面也取得了重大进展。
（1）非标准分析
